Проектирование синхронной машины с постоянными магнитами, страница 11

     Слово синхронный обозначает – одновременный. Это значит, что одновременно и в строгой математической зависимости с изменением оборотов изменяется частота тока. Эта зависимость определяется формулой: .  Рассмотрим пример работы синхронной машины, работающей в генераторном и двигательном режимах. Возбужденный ротор синхронной машины приведен во вращение со скоростью n. Поле ротора наводит в обмотке статора ЭДС  и токи с частотой . Необходимым условием является однонаправленность вращения поля статора и ротора. Таким образом, основное магнитное поле ротора и поле, созданное трехфазным током статора, находиться между собой в постоянном взаимодействии, которое и составляет принцип действия синхронной машины. Для понимания взаимодействия этих полей обратимся к рисунку 2.3.[1].

Рисунок 2.3.- Принцип работы синхронной машины: а – холостой ход; б и в – генератором; г – двигателем.

      Если в обмотке статора нет тока, то линии магнитного поля в полюсах статора составляют продолжение линий поля ротора, и оси обоих полей совпадают (а). Так как магнитные линии обладают упругостью, то участки линий в  зазоре показаны в виде пружин, оси которых совпадают с направлением поля ротора и статора. Если синхронная машина приводиться во вращение, каким – либо первичным двигателем  (б), то при заданной на рисунке полярности полюсов ротора и направлении его вращения в обмотке статора наводиться ЭДС и течет ток. Этот ток создает поле, направленное встречно относительно поля ротора. При наложении одного поля на другое получается картина результирующего поля статора на рисунке 1 (в), где видно, что ось этого поля сместилась относительно оси поля ротора в направлении, противоположном направлению вращению ротора на угол . Линии магнитного поля в зазоре теперь будут идти наклонно и создают электромагнитную силу, имеющую две составляющие: радиальную  и касательную . Радиальные силы всех полюсов взаимно уравновешиваются, а касательные, складываясь, образуют момент ,направленный встречно относительно момента первичного двигателя. Следовательно, момент  является тормозящим по отношению к моменту . Установившийся режим работы синхронного генератора соответствует такому его состоянию, когда .Если подвести к первичному двигателю больше энергии, то увеличивается вращающий момент  на валу генератора. Под действием этого момента ротор начнет смещаться относительно полюсов статора вперед по направлению вращения, и угол  будет увеличиваться. Но при этом магнитные линии в зазоре будут сильнее растягиваться, оказывая большее противодействие моменту первичного двигателя . Это будет продолжаться до тех пор, пока моменты не станут равными, и генератор выйдет на установившийся режиме синхронной скоростью n, но с новым углом . Если же увеличивать момент , то электромагнитное взаимодействие между полями может быть нарушено. В этом случае поля статора и ротора начинаются вращаться с разными скоростями, следовательно, взаимодействия невозможно и генератор выпадает из синхронизма. Если синхронная машина работает двигателем при тех же, что и на рисунке 2.3, полярности полюсов ротора и направлении его вращения, то ток (активная составляющая) в обмотке статора изменяется по направлению. Соответственно этому изменяется действие поля статора по отношению к полю ротора, а именно, набегающий край полюса ротора намагничивается полем якоря, а сбегающий – размагничивается. Поэтому картина результирующего поля теперь имеет вид, показанный на рисунке 2.3 (г). Ось результирующего поля статора сместилась относительно оси на угол  по направлению вращения ротора, вследствие чего изменился наклон магнитных линий в зазоре и знак момента . Теперь он вращающий и приводит во вращение ротор с синхронной скоростью n. При перегрузке синхронный двигатель также может выпасть из синхронизма.      

3  Провести общий анализ и применение работы СГУ на выпрямительную нагрузку